La década pasada será recordada como una de las más prolíficas en la historia de la física experimental. El 4 de julio de 2012 los científicos del CERN oficializaron el descubrimiento del bosón de Higgs, y el 11 de febrero de 2016 los investigadores del experimento LSC (LIGO Scientific Collaboration) confirmaron que por primera vez habían encontrado evidencias tangibles que avalaban la existencia de las mismas ondas gravitacionales predichas por Einstein un siglo antes.
El eco de estos dos hitos aún perdura y es un estímulo muy importante que nos recuerda que el esfuerzo realizado en ciencia en ocasiones pone en las manos de la humanidad logros excepcionales. Ambos hallazgos son enormemente relevantes, pero las ondas gravitacionales en particular son una herramienta muy valiosa con la que cuentan los cosmólogos para ir desentrañando muy poco a poco el pasado del universo. Tan valiosa como la también muy reveladora radiación de fondo de microondas.
Parece razonable aceptar que los científicos del CERN son buenos conocedores de lo muy pequeño, de los constituyentes últimos de la materia, pero el conocimiento que han elaborado hasta ahora resulta muy útil también para indagar en lo muy grande. En el cosmos. Tanto, de hecho, que este laboratorio de física de partículas está profundamente involucrado en la puesta a punto del experimento que va a tomar el testigo de los interferómetros LIGO y Virgo en el estudio de las ondas gravitacionales.
El CERN es experto en la tecnología de alto vacío que necesita el observatorio Einstein
La inflación cósmica propone una explicación de la expansión exponencial del cosmos primigenio. Durante un instante mínimo que tuvo lugar después del Big Bang el universo se expandió con una velocidad altísima, y a partir de ese momento su crecimiento siguió adelante, aunque con una tasa de expansión perceptiblemente más moderada. Las observaciones y los modelos más avanzados que manejan los cosmólogos actualmente sugieren este comportamiento, pero el gran problema es que no conocen el mecanismo que puede explicar fehacientemente ese brevísimo periodo de inflación cósmica.
El observatorio Einstein podrá identificar aquellas perturbaciones del espacio-tiempo tan ínfimas que pasan inadvertidas para los interferómetros actuales
Sin embargo, no está todo perdido. Los científicos que están desarrollando su investigación en esta área creen que la respuesta que están buscando puede residir en las ondas gravitacionales primordiales, que, precisamente, fueron originadas durante la fase final de este periodo de inflación del cosmos. El problema es que estas perturbaciones gravitatorias con la capacidad de sacudir el continuo espacio-tiempo dejan una huella tan liviana que es aparentemente imperceptible. Además, es extraordinariamente fácil confundirla con la señal originada por el polvo galáctico, que también emite radiación y tiene una estructura similar a la que en teoría deberían tener las ondas gravitacionales.
Los interferómetros LIGO y Virgo han demostrado ser unos instrumentos muy valiosos en el estudio de las ondas gravitacionales, pero para conocer mejor estas perturbaciones y utilizarlas para otear con más claridad el pasado del universo los científicos necesitan poner a punto un instrumento aún más sensible y preciso. Un interferómetro de tercera generación que sea capaz de identificar aquellas perturbaciones del espacio-tiempo tan ínfimas que pasan inadvertidas para los instrumentos con los que trabajan los investigadores actualmente. Este es, precisamente, el propósito del observatorio Einstein en cuyo diseño ya están trabajando varias instituciones y centros de investigación europeos.
No obstante, poner a punto un instrumento como este es extraordinariamente difícil. Uno de los mayores desafíos que conlleva consiste en que requiere recrear unas condiciones de vacío extremo, pero, afortunadamente, el CERN cuenta con un equipo de científicos experto en la obtención de este vacío tan difícil de producir. Estos investigadores se han visto obligados a encontrar la forma de obtenerlo debido a que el interior de los aceleradores de partículas del CERN también requiere unas condiciones de vacío extraordinariamente exigentes. Afortunadamente, su conocimiento va a resultar muy valioso durante la puesta a punto del observatorio Einstein.
Cuanto esté listo, este instrumento nos entregará, si todo va como prevén los científicos, un nuevo conocimiento que posiblemente nos ayudará a entender un poco mejor algunos de los mecanismos que rigen el universo. El observatorio Einstein será al menos diez veces más sensible que los interferómetros LIGO y Virgo, lo que, en teoría, podría permitir a los cosmólogos identificar incluso agujeros negros de masa intermedia, algo que ahora mismo no pueden hacer. En el futuro también llegarán, con suerte, observatorios espaciales de ondas gravitacionales que serán aún más precisos. Mientras tanto no cabe duda de que el instrumento Einstein merece toda nuestra atención.
Imagen de portada: Nikhef y CERN
Más información: CERN
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